Real-Time Physics-Aware Battery Health Monitoring from Partial Charging Profiles via Physics-Informed Neural Networks

电池(电) 外推法 计算机科学 鉴定(生物学) 人工神经网络 钥匙(锁) 参数化复杂度 估计理论 健康状况 颗粒过滤器 人工智能 机器学习 内阻 降级(电信) 控制工程 内部模型 电池容量 工程类 数据挖掘 监督学习 可靠性工程 实时计算 变量(数学) 系统标识 估计 模拟
作者
Gu, Xubo,Huan, Xun,Ren Yao,Zhou Wenqing,Jiang, Weiran,Song, Ziyou
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2511.12053
摘要

Monitoring battery health is essential for ensuring safe and efficient operation. However, there is an inherent trade-off between assessment speed and diagnostic depth-specifically, between rapid overall health estimation and precise identification of internal degradation states. Capturing detailed internal battery information efficiently remains a major challenge, yet such insights are key to understanding the various degradation mechanisms. To address this, we develop a parameterized physics-informed neural network (P-PINNSPM) over the key aging-related parameter space for a single particle model. The model can accurately predict internal battery variables across the parameter space and identifies internal parameters in about 30 seconds-achieving a 47x speedup over the finite volume method-while maintaining high accuracy. These parameters improve the battery state-of-health (SOH) estimation accuracy by at least 60.61%, compared to models without parameter incorporation. Moreover, they enable extrapolation to unseen SOH levels and support robust estimation across diverse charging profiles and operating conditions. Our results demonstrate the strong potential of physics-informed machine learning to advance real-time, data-efficient, and physics-aware battery management systems.
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